Principe de fonctionnement de la SECM
Microscopie électrochimique

L’électrochimie procure, par nature, une contribution de toute première importance au développement des nanosciences. Il suffit pour cela de réaliser, par exemple, que des processus élémentaires de corrosion ou d’électrocristallisation modifient l’aspect et la composition d’interfaces métal/solution à l’échelle atomique, avec des répercussions évidentes à l’échelle nanométrique. Par ailleurs, l’électrochimie permet, dans une approche principalement de type bottom-up, de former sur des surfaces conductrices des structures diverses et variées, cristallines ou amorphes, organiques, inorganiques ou métalliques, à partir de solutions contenant des espèces dissoutes, ioniques ou neutres, monoatomiques ou moléculaires. Ces structures peuvent prendre la forme de dépôts localisés plus ou moins clairsemés ou bien encore de films fins uniformes. Par le biais d’un contrôle rigoureux des conditions de dépôt (paramètres électrochimiques, composition de la solution électrolytique utilisée, etc.), l’électrochimie permet donc d’accéder, dans la région de l’interface conducteur électronique/solution, à une grande diversité de nanoobjets (nanoplots, nanofils, nanotubes, nanocristaux, nanoparticules, nanomotifs, films d’épaisseur submicrométrique, etc.) dont une au moins des dimensions se limite à quelques nanomètres.

De plus, les techniques électrochimiques classiques offrent l’accès à la caractérisation directe, globale ou locale, de la réactivité électrochimique ou de la composition chimique d’interfaces électrochimiques. Elles permettent aussi l’étude, parfois indirecte, d’un certain nombre de propriétés, comme le métabolisme de systèmes biologiques (par exemple des cellules) via la détection électrochimique de ses métabolites (surtout lorsque ceux-ci sont électroactifs bien sûr).

À l’échelle locale, les propriétés (électro)chimiques et topographiques d’un échantillon sont accessibles à l’aide de la microscopie électrochimique (SECM pour Scanning ElectroChemical Microscopy), grâce à l’utilisation d’une électrode miniaturisée jouant le rôle de sonde. La SECM est une technique de microscopie à sonde locale, qui offre la possibilité d’imager la réactivité électrochimique d’échantillons de différentes natures, ou d’en modifier localement les propriétés. Elle permet d’examiner la surface d’échantillons en les balayant par des électrodes miniaturisées, qui recueillent un signal indicatif de la réactivité rédox locale de ceux-ci, et donnent ainsi une image de la surface à l’échelle micrométrique. L’utilisation de la SECM constitue une avancée majeure de l’électrochimie, rendue possible par la miniaturisation des électrodes et par la possibilité de mesurer de très faibles courants. Elle offre un éventail d’applications, de l’imagerie électrochimique in situ à la structuration locale microscopique de surface.

L’élaboration de la SECM a débuté à la fin des années 1980 simultanément dans deux laboratoires d’électrochimie . C’est une technique apparentée aux microscopies en champ proche, telles que la microscopie à effet tunnel (STM, Scanning Tunneling Microscopy) ou la microscopie à force atomique (AFM, Atomic Force Microscopy). En SECM, le rôle de sonde est assuré par une ultramicroélectrode (UME), qui permet notamment d’imager la réactivité rédox locale d’échantillons solides ou liquides, mais qui peut aussi servir d’outil de modification locale de surfaces solides. Par analogie avec les autres microscopies AFM et STM [P 895], l’UME est aussi appelée tip (pointe), même si la plupart des UME utilisées en SECM possèdent des géométries disque plan (et non pas en forme de pointe).